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什么是碳纤维?

Join Date: 2021-03-29

碳纤维是一种聚合物,也称为石墨纤维,因为它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料,所以它非常坚固,同时又非常轻巧。碳纤维相比钢,不仅强度是钢的五倍,刚性更是钢的两倍,而且比钢轻得多。使其成为许多零件的理想制造材料。这些只是碳纤维在制造中受到工程师和设计师青睐的几个原因。

碳纤维比人类的头发细,当像纱线一样缠绕在一起时,碳纤维就可以增强强度。所以可以将其编织在一起以形成布料,如果需要采用永久性形状,只需要再将碳纤维铺在模具上,然后涂上树脂或塑料的简单加工就完成了。

因为碳纤维刚性高,抗拉强度高,重量强度比低,高耐化学性,耐高温,热膨胀率低,因此,碳纤维在航空航天,汽车,军事和娱乐应用等许多行业中非常受欢迎。

Carbon fibre

碳纤维简史:

碳纤维的历史可以追溯到1879年,英国人斯旺最早用碳丝制造电灯泡的灯丝,后来托马斯·爱迪生(Thomas Edison)在高温下烘烤棉线或竹子银,然后将其碳化成全碳纤维长丝,做出了实用的白炽灯碳灯丝。不过由于1910年库里奇发明了拉制钨丝的方法,灯丝全面改用钨丝,早期的碳纤维研究被打入冷宫。到1958年,在俄亥俄州克利夫兰郊外发明了高性能碳纤维。尽管这些纤维效率低下,但它们包含约20%的碳,并且强度和刚度特性低。1963年,在英国的一个研究中心开发了一种新的制造工艺,在那里,碳纤维的强度潜力得以实现。20世纪50年代以后,为了解决导弹喷管和弹头耐高温和耐腐蚀等问题,美国研制出粘胶基碳纤维。虽然它已发展颇久,在民用领域的技术却还不成熟。真正高强度的碳纤维制造成本居高不下,导致推广起来也极其不易。

碳纤维制造工艺概述

碳纤维由部分化学和部分机械的过程制成。首先,将长束纤维拉长,然后将其加热到很高的温度,同时不允许与氧气接触,以防止纤维燃烧。这是发生碳化的时间,即纤维内部的原子剧烈振动,从而排出了大部分非碳原子。这样就留下了由长且紧密互锁的碳原子链组成的纤维,仅剩下少量非碳原子。

由聚丙烯腈形成碳纤维的典型步骤包括纺丝,稳定化,碳化,处理表面和上浆。

碳纤维可以做什么

因为碳纤维是许多材料的轻质替代品,所以,碳纤维几乎能替代所有的制品,比如自行车车架,飞机机翼,汽车传动轴,管道,货柜,螺旋桨叶片,汽车零件,运动器材等。

碳纤维目前在汽车制造上有着显著的效果,碳纤维复合材料可以将乘用车重量减少50%,这将使燃油效率提高近35%,而不会影响汽车的性能或乘员的安全性。这是车辆制造历史上的又一个里程碑。

Carbon fibre bikes

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